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數位通訊系統接收電路的中頻濾波電路設計

上網時間: 2004年05月30日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:中頻濾波電路  935-960MHz  濾波器  表面聲波濾波器  SAWF 

在數位通訊接收電路的設計中,優良的頻濾波電路可以實現好的頻率選擇性和靈敏度,並盡可能減少訊號失真和干擾。本文以實際的電路設計介紹了數位通訊系統接收電路的中頻濾波電路設計方法,並對電路性能進行了測試和分析。

圖1:表面濾波器等效電路。

一個935-960MHz數位通訊接收電路的中頻濾波電路設計關鍵是選擇中頻濾波器,以及設計濾波電路獲得好的選擇性和高的靈敏度,並盡可能減少訊號失真和干擾。現有的中頻濾波器有晶體濾波器、陶瓷濾波器和表面聲波濾波器等。晶體濾波器以分離元件接取附加電路,需進行調整,很不方便;陶瓷濾波器的重量和中心頻率難以滿足我們的設計需求。因此我們選擇了表面聲波濾波器(SAW Filter),這種濾波器體積小、重量輕、中心頻率可做得很高,而且具有相對頻寬較寬、理想的矩形選頻特性和頻率響應平坦(不平坦度僅為±0.3∼±0.5dB,群時延±30∼±50ns)等特點,雖然插入損耗高達25∼30dB,但可以用放大器補償電平損失。

中頻濾波IPF實現方法

本計畫中從混頻出來的中頻訊號為336MHz的固定頻率訊號,為了衰減濾除無用的頻率和干擾,選出有用的頻率分量,混頻後需加一個中頻濾波器。本設計中的中頻濾波用一片SAW就可以解決。下面給出表面聲波濾波器的簡單的原理介紹和具體設計分析。

整個表面聲波濾波器的等效電路如下圖1所示,左邊為發送換能器,G中消耗的功率相當於轉換為聲能的功率。右邊為接收換能器,GL為負載電導,GL中消耗的功率相當於再轉換為電能的功率。

電阻R(1/G)為輻射電阻,其值為





式中,k2是有效耦合係數,是壓電底板電場和聲場之間耦合強度的定值,N為換能器的週期段;C為換能器的極間總電容器C=NCt,其中Ct是每對叉指的極間電容器,可表示為





式中,ε0為自由空間的界電係數,εr為底板材料的界電係數,L為叉指孔徑。L的值可在一定的限度內變動。


換能器的等效品質因子:





頻帶的相對頻寬應等於:





顯然,當兩個頻寬相等時才能得到最大頻寬。由此可求得N的最加值為





這時最大相對頻寬





插入損耗和電路設計

濾波器的插入損耗主要由終端接上負載後產生,故表面聲波濾波器接取電路後要考慮與周邊電路匹配。根據系統的設計要求,採用的表面聲波濾波器的晶片為EPCOS MPMLB4835,其中心頻率為336MHz,如電路2所示。

混頻後的中頻訊號從中頻接收模組的第20、21腳輸出,經耦合電容器C4和C5送到表面聲波濾波器濾波電路中。濾波後的訊號從表面聲波濾波器的第7、8腳輸出,經耦合濾波後再送到接收模組進行中頻放大,在本設計中接收模組選用PMB2411-V1.1來實現。該晶片的特點是功耗低、電子噪音小、整合度高,內部不僅整合了兩次混頻電路,還整合了高頻放大電路以及中頻放大電路,使整體電路的設計更為簡潔。

電路參數設計圖2:中頻濾波電路原理圖。

圖中C1和C2作為耦合電容器,可取0.01uF,同樣C4和C5也是耦合電容器。L1和C3組成的濾波器周邊電路用來消除元件內部產生的噪音,L1濾除大於336MHz的頻率干擾。

將其幅度歸一化,若EPCOS MPMLB4835第7腳的幅度為1,則在C2和C3之間最大頻率fmax=336MHz+3kHz,以及最小頻率fmin=935MHz-3kHz的幅度應為0.707,根據幅頻特性,即





所以













經運算L1可取0.2uH,C3作為平衡訊號,可取0.5pF。 

測試分析與結論

對濾波電路在實際應用環境中進行測試。測試利用毫伏表、穩壓電源、高頻示波器,測試環境溫度為26℃、大氣壓為750±30mmHg、相對濕度<90%。

手機電路的正常的供電電壓是3.6v,當電池的供電電壓低於3.3v時,手機就不能工作了,即3.3V是手機工作的臨界電壓。當電池的電壓降低時,各訊號的電壓有所下降。電壓的降低,會對接收系統的性能有嚴重影響,這主要是因為頻率合成器如不能達到正常的工作電壓範圍,就不能提供穩定頻率的本振訊號,混頻後的中頻將不是固定值,使噪音干擾加大,接收到的語音訊號有較大的噪音。

當手機電路的工作在臨界電壓時,第一混頻前的高頻載波訊號放大後的幅值在1.0±20%的邊界,第一本振訊號的幅值在1.2V±30%的邊界,混頻後的中頻訊號的幅值在0.9V±15%的邊界,中頻濾波後訊號的幅值在0.9V±25%的邊界,第二本振的幅值中頻濾波後的訊號的幅值在1.7V±15%的邊界,其結果與設計要求基本吻合。

實驗測試結果發現,當工作電壓在3.3~3.6V範圍時,第一混頻前的高頻載波訊號放大後的幅值、第一本振訊號的幅值、混頻後的中頻訊號的幅值、中頻濾波後的訊號的幅值、中頻濾波後的訊號的幅值,以及中頻濾波後的訊號的幅值均能滿足設計要求。

作者:馬學文


桂林產業學院

朱名日


中南大學





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